LAS ENZIMASLAS ENZIMAS

“ “ LA VIDA ES UN MODELO LA VIDA ES UN MODELO ARMONIOSO DE ACCIONARMONIOSO DE ACCION ENZIMATICAENZIMATICA”: Willstater”: Willstater

ENZIMOLOGIA: HISTORIAENZIMOLOGIA: HISTORIA Van Helmont, siglo 18: Digestión realizada por Van Helmont, siglo 18: Digestión realizada por

fermentos.fermentos. J.J.Berzelius 1835: “Fuerza nueva común a la J.J.Berzelius 1835: “Fuerza nueva común a la

naturaleza orgánica e inorgánica, la llamaré naturaleza orgánica e inorgánica, la llamaré “fuerza “fuerza catalítica”catalítica” porque descompone sustancias. porque descompone sustancias.

Kuhne 1878: enzima (“en la levadura”)Kuhne 1878: enzima (“en la levadura”) Ostwalá 1893: “Ostwalá 1893: “enzimas son catalizadoresenzimas son catalizadores”” HOY: catalizadores biológicos altamente HOY: catalizadores biológicos altamente

específicos. 2000 enzimas diferentes y todas son específicos. 2000 enzimas diferentes y todas son PROTEINAS, excepto las RIBOZIMAS (RNA)PROTEINAS, excepto las RIBOZIMAS (RNA)

CATALIZADORCATALIZADOR Un Un catalizadorcatalizador es una sustancia capaz de es una sustancia capaz de

acelerar (catalizador positivo) o retardar acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química, permaneciendo éste mismo , permaneciendo éste mismo inalterado (no se consume durante la reacción). inalterado (no se consume durante la reacción). A este proceso se le llama A este proceso se le llama catálisis..

Los catalizadores no alteran el balance Los catalizadores no alteran el balance energético final de la reacción química, sino energético final de la reacción química, sino que sólo permiten que se alcance el equilibrio que sólo permiten que se alcance el equilibrio con mayor o menor velocidad. con mayor o menor velocidad.

ENZIMASENZIMAS Toda reacción química es un proceso en el que Toda reacción química es un proceso en el que

una o varias moléculas interactúan entre sí una o varias moléculas interactúan entre sí para transformarse en otras moléculas para transformarse en otras moléculas siguiendo una dirección determinada por leyes siguiendo una dirección determinada por leyes físico químicas hasta lograr un estado de físico químicas hasta lograr un estado de equilibrioequilibrio

A + B A + B C+ D Los catalizadores son C+ D Los catalizadores son sustancias capaces de acelerar las reacciones sustancias capaces de acelerar las reacciones sin alterar el equilibrio. Solo acortan el tiempo sin alterar el equilibrio. Solo acortan el tiempo en que se alcanza el equilibrio.en que se alcanza el equilibrio.

ENZIMASENZIMAS Los catalizadores se dividen en Los catalizadores se dividen en orgánicos e orgánicos e

inorgánicos.inorgánicos. Orgánicos: EnzimasOrgánicos: Enzimas Inorgánicos: metales o iones HInorgánicos: metales o iones H++, OH, OH--

Las enzimas son moléculas producidas por las Las enzimas son moléculas producidas por las células de los organismos vivos con la función células de los organismos vivos con la función específica de catalizar reacciones químicas.específica de catalizar reacciones químicas.

IMPORTANCIA DE LAS ENZIMASIMPORTANCIA DE LAS ENZIMAS Muchas enfermedades se deben a la carencia Muchas enfermedades se deben a la carencia

o anormalidad en la síntesis de una o anormalidad en la síntesis de una determinada enzima. Estos errores están determinada enzima. Estos errores están codificados en el genoma y se les llama codificados en el genoma y se les llama errores errores innatos del metabolismo, enfermedades innatos del metabolismo, enfermedades moleculares, enfermedades hereditarias o moleculares, enfermedades hereditarias o enfermedades bioquímicas.enfermedades bioquímicas.

Otras enfermedades se deben a la carencia de Otras enfermedades se deben a la carencia de cofactores enzimáticos (Vitaminas, oligoelem)cofactores enzimáticos (Vitaminas, oligoelem)

DEFINICIONDEFINICION Son Son proteínas proteínas (con excepción de un pequeño (con excepción de un pequeño

grupo de moléculas de RNA catalítico) grupo de moléculas de RNA catalítico) especializadas en regular los procesos especializadas en regular los procesos bioquímicos en el organismo mediante la bioquímicos en el organismo mediante la realización de un efecto catalítico sobre las realización de un efecto catalítico sobre las numerosas reacciones químicas, modificando su numerosas reacciones químicas, modificando su velocidad.velocidad.

Tienen la propiedad de ser Tienen la propiedad de ser altamentealtamente específicasespecíficas y cada enzima cataliza únicamente y cada enzima cataliza únicamente un tipo de reacción química particular.un tipo de reacción química particular.

ENZIMASENZIMAS A + BA + B EE C + DC + D ProductosProductos Sustrato: molécula sobre la que actúa la Sustrato: molécula sobre la que actúa la

Enzima.Enzima. E: Enzima específica de la reacciónE: Enzima específica de la reacción Productos: moléculas resultantes de la Productos: moléculas resultantes de la

acción de la enzima sobre el sustrato.acción de la enzima sobre el sustrato. Muchas reacciones son reversibles, los Muchas reacciones son reversibles, los

productos de la reacción son los sustratos productos de la reacción son los sustratos de la reacción inversa.de la reacción inversa.

PROPIEDADES DE LAS ENZIMASPROPIEDADES DE LAS ENZIMAS 1. Catálisis1. Catálisis: “El organismo humano debería : “El organismo humano debería

estar a 500°C para que los alimentos estar a 500°C para que los alimentos pudieran ser digeridos; se necesitarían 300 pudieran ser digeridos; se necesitarían 300 años para desdoblar una molécula de Haños para desdoblar una molécula de H22OO22. . La enzima catalasa requiera 1 segundo”La enzima catalasa requiera 1 segundo”

Las enzimas incrementan la velocidad de Las enzimas incrementan la velocidad de reacción química sin modificar la constante reacción química sin modificar la constante de equilibrio, es decir, sin variar las de equilibrio, es decir, sin variar las propiedades termodinámicas del sistemapropiedades termodinámicas del sistema

PODER CATALITICO DE PODER CATALITICO DE LAS ENZIMASLAS ENZIMAS

Pequeña cantidad de enzima aumenta miles Pequeña cantidad de enzima aumenta miles de veces la velocidad de la reacción.de veces la velocidad de la reacción.

COCO22 + H + H22O O Anhidrasa carbónica Anhidrasa carbónica H H22COCO33

1 Molécula de enzima hidrata 100.000 1 Molécula de enzima hidrata 100.000 moléculas de COmoléculas de CO22 / segundo / segundo

““las enzimas hacen que el equilibrio de la las enzimas hacen que el equilibrio de la reacción se alcance más rápido sin modificar reacción se alcance más rápido sin modificar en nada el punto de equilibrio”en nada el punto de equilibrio”

ENERGÍA DE ACTIVACIÓNENERGÍA DE ACTIVACIÓN El estado inicial (sustrato S) El estado inicial (sustrato S)

tiene que alcanzar un nivel tiene que alcanzar un nivel energético superior o estado de energético superior o estado de transición antes de convertirse transición antes de convertirse en producto P con otro nivel en producto P con otro nivel energético (estado final). Para energético (estado final). Para que la reacción ocurra, las que la reacción ocurra, las moléculas deben alcanzar un moléculas deben alcanzar un nivel de E suficiente para nivel de E suficiente para vencer la barrera energética y vencer la barrera energética y entrar al estado de transición. entrar al estado de transición. La diferencia entre la E libre de La diferencia entre la E libre de los reactantes y el estado de los reactantes y el estado de transición es la E de activación. transición es la E de activación.

La función de la Enzima es disminuir

la energía de activación que lleva a

acelerar la reacción debido a que los

reactantes pueden alcanzar más

fácilmente el estado de transición

PROPIEDADES DE LAS ENZIMASPROPIEDADES DE LAS ENZIMAS 2.2. EspecificidadEspecificidad: Algunas muestran : Algunas muestran

especificidad casi absoluta por el sustrato.especificidad casi absoluta por el sustrato. Otras actúan sobre grupos de compuestos Otras actúan sobre grupos de compuestos

que poseen estructura química similar.que poseen estructura química similar. Cada órgano tiene una concentración de Cada órgano tiene una concentración de

Enzimas determinada, diferente a cualquier Enzimas determinada, diferente a cualquier otro órgano. Si un órgano es dañado, las otro órgano. Si un órgano es dañado, las Enzimas “salen” de las células y entran a la Enzimas “salen” de las células y entran a la corriente sanguínea y se elevarán los corriente sanguínea y se elevarán los niveles sanguíneos, útiles en el diagnóstico niveles sanguíneos, útiles en el diagnóstico del órgano afectado.del órgano afectado.

ESTRUCTURA DE LAS ENZIMASESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS Para ejercer su efecto muchas enzimas requieren Para ejercer su efecto muchas enzimas requieren

la presencia de una molécula orgánica: la presencia de una molécula orgánica: COENZIMA, COENZIMA, puede considerarsepuede considerarse un cosustrato un cosustrato

Parte proteica: ApoenzimaParte proteica: Apoenzima Apoenzima + Coenzima = Holoenzima: ENZIMA Apoenzima + Coenzima = Holoenzima: ENZIMA

COMPLETA Y ACTIVACOMPLETA Y ACTIVA Otras enzimas necesitan Otras enzimas necesitan COFACTORES: COFACTORES: iones iones

metálicos Zn++ Mg++ Fe++ Fe+++ Cu++ K+ Na+metálicos Zn++ Mg++ Fe++ Fe+++ Cu++ K+ Na+ Las vitaminas forman parte de la estructura de las Las vitaminas forman parte de la estructura de las

diferentes coenzimas.diferentes coenzimas.

ESTRUCTURA DE ESTRUCTURA DE ENZIMASENZIMAS

COFACTORES ENZIMÁTICOSCOFACTORES ENZIMÁTICOS Reacciones de óxido-reducción, Reacciones de óxido-reducción,

transferencias de grupo , isomerización y transferencias de grupo , isomerización y formación de enlaces covalentes necesitan formación de enlaces covalentes necesitan Coenzimas. La mayoría de CoE son formas Coenzimas. La mayoría de CoE son formas modificadas de vitaminas: Complejo B modificadas de vitaminas: Complejo B (Tiamina, Riboflavina, Nicotinamida, Acido (Tiamina, Riboflavina, Nicotinamida, Acido pantoténico, Acido fólico, Cianocobalamina) pantoténico, Acido fólico, Cianocobalamina) NAD se deriva de NicotinamidaNAD se deriva de Nicotinamida

CLASIFICACIÓN DE CoECLASIFICACIÓN DE CoETRANSFERENCIA GRUPOS H TRANSFERENCIA GRUPOS ≠ H

Uridina difosfato UDP NAD+ NADP+

Tiamina pirofosfato TPP FAD, FMN

Fosfato de piridoxal Ppal Acido lipoico

CoA (CoA-SH)

Acido tetrahidrofólico TH4

Biotina

Coenzimas de Cobalamina B12

S-adenosil metionina SAM

Acido Lipoico

SITIO ACTIVOSITIO ACTIVO Enzima + Sustrato = Enzima-sustratoEnzima + Sustrato = Enzima-sustrato La unión del S a la E se hace a través del La unión del S a la E se hace a través del

sitio activo de la Esitio activo de la E, que antecede a la , que antecede a la formación y ruptura de enlaces químicos en formación y ruptura de enlaces químicos en el Sustrato y es la base de la especificidad el Sustrato y es la base de la especificidad de las Enzimas.de las Enzimas.

Modelo Llave y cerraduraModelo Llave y cerradura Modelo adaptación inducidaModelo adaptación inducida

SITIO ACTIVOSITIO ACTIVO

NOMENCLATURA Y CLASIFICACION NOMENCLATURA Y CLASIFICACION DE LAS ENZIMASDE LAS ENZIMAS

Dependiendo del tipo de reacción que catalizan se Dependiendo del tipo de reacción que catalizan se han dividido:han dividido:

1. Oxidorreductasas: catalizan reacciones de óxido-1. Oxidorreductasas: catalizan reacciones de óxido-reducción.reducción.

2. Transferasas: transferencias de grupos 2. Transferasas: transferencias de grupos químicos.químicos.

3. Hidrolasas: ruptura de enlaces en presencia de 3. Hidrolasas: ruptura de enlaces en presencia de aguaagua

4. Liasas: remoción de grupos en ausencia de agua 4. Liasas: remoción de grupos en ausencia de agua formando dobles enlaces.formando dobles enlaces.

5. Isomerasas: Interconversión de Isómeros5. Isomerasas: Interconversión de Isómeros 6. Ligasas: Unión de 2 moléculas mediante el 6. Ligasas: Unión de 2 moléculas mediante el

consumo de energía proveniente de la ruptura del consumo de energía proveniente de la ruptura del ATPATP

LOCALIZACIÓN DE ENZIMASLOCALIZACIÓN DE ENZIMAS

En diferentes órganos , tejidos y en todas En diferentes órganos , tejidos y en todas las células: membrana, citoplasma, retículo las células: membrana, citoplasma, retículo endoplásmico, mitocondrias, lisosomas, endoplásmico, mitocondrias, lisosomas, vacuolas.vacuolas.

Organos: Hígado, corazón, músculo Organos: Hígado, corazón, músculo estriado, gónadas, páncreas, riñon, pulmón, estriado, gónadas, páncreas, riñon, pulmón, cerebro, huesos, sangre cerebro, huesos, sangre

CitoplasmaCitoplasma Glucólisis, gluconeogénesis, glucogenolisis síntesis acidos Glucólisis, gluconeogénesis, glucogenolisis síntesis acidos grasos, catabolismo purinas y pirimidinasgrasos, catabolismo purinas y pirimidinas

MitocondriaMitocondria C.Krebs; oxidación acidos grasos; oxidación aminoácidos; C.Krebs; oxidación acidos grasos; oxidación aminoácidos; alargamiento aidos grasos, síntesis úrea, transporte alargamiento aidos grasos, síntesis úrea, transporte electrónico y fosforil.oxidativaelectrónico y fosforil.oxidativa

LisosomasLisosomas Lisozima; fosfatasa ácida, hidrolasas, proteasas, nucleasas, Lisozima; fosfatasa ácida, hidrolasas, proteasas, nucleasas, glucosidasas, lipasas glucosidasas, lipasas

Retículo Retículo EndoplásmiEndoplásmicoco

Oxidasas de función mixta, rutas síntesis de proteínas, de Oxidasas de función mixta, rutas síntesis de proteínas, de fosfoglicéridos y TAG, síntesis y reducción esteroides fosfoglicéridos y TAG, síntesis y reducción esteroides

GolgiGolgi Galactosil y glucoroniltransferasa; condroitina sulfotransfe Galactosil y glucoroniltransferasa; condroitina sulfotransfe rasa; Glucosa-6 fosfatasarasa; Glucosa-6 fosfatasa

PeroxisomaPeroxisomass

Urato oxidasa; oxidación ácidos grasos de cadena largaUrato oxidasa; oxidación ácidos grasos de cadena larga

NúcleoNúcleo Rutas biosíntesis RNA y DNARutas biosíntesis RNA y DNA

REGULACION DE LA REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICAACTIVIDAD ENZIMATICA

Se efectúa por diferentes mecanismos de Se efectúa por diferentes mecanismos de gran trascendencia sobre el control que la gran trascendencia sobre el control que la célula debe ejercer en todos y cada uno de célula debe ejercer en todos y cada uno de los procesos metabólicos.los procesos metabólicos.

1. 1. Proenzimas o zimógenos: Proenzimas o zimógenos: Sintetizadas Sintetizadas como precursores inactivos como precursores inactivos

Tipsinógeno Tipsinógeno EnterokinasaEnterokinasaTripsinaTripsina Precursor inactivo Precursor inactivo EnzimaEnzima Sustancia activa Sustancia activa

REGULACION DE LA REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICAACTIVIDAD ENZIMATICA

2. Incorporación a la enzima de un pequeño 2. Incorporación a la enzima de un pequeño grupo químico mediante enlace covalentegrupo químico mediante enlace covalente

OHOH Enzima-OH Enzima – P =OEnzima-OH Enzima – P =O OHOH Enzima inactiva Enzima fosforilada ActivaEnzima inactiva Enzima fosforilada Activa

REGULACION DE LA REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICAACTIVIDAD ENZIMATICA

3. Retroinhibición o Inhibición Feedback: El 3. Retroinhibición o Inhibición Feedback: El producto final obtenido de un determinado proceso producto final obtenido de un determinado proceso metabólico inhibe una de las enzimas que actúa en metabólico inhibe una de las enzimas que actúa en una de las reacciones iniciales del procesouna de las reacciones iniciales del proceso

A B C D FA B C D F E1 E2 E3 E4 E1 E2 E3 E4 El producto F inhibe a E1 y controla su propia El producto F inhibe a E1 y controla su propia

síntesis. De esta forma la célula evita la producción síntesis. De esta forma la célula evita la producción excesiva de un compuesto y puede disponer más excesiva de un compuesto y puede disponer más eficientemente de sus recursos básicos.eficientemente de sus recursos básicos.

Enzimas AlostéricasEnzimas Alostéricas

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONESDE LAS REACCIONES ENZIMATICASENZIMATICAS

1. Concentración de la enzima: Velocidad 1. Concentración de la enzima: Velocidad de reacción directamente proporcional a la de reacción directamente proporcional a la concentración de la enzima.concentración de la enzima.

2.Concentración del sustrato:Concentración 2.Concentración del sustrato:Concentración baja de sustrato aumenta reacciónbaja de sustrato aumenta reacción

A concentraciones altas de sustrato, la A concentraciones altas de sustrato, la reacción alcanza la reacción alcanza la Velocidad máxima y se Velocidad máxima y se hace constante. hace constante. El sustrato ha saturado El sustrato ha saturado completamente a la enzima.completamente a la enzima.

CONCENTRACIÓN DE ENZIMA CONCENTRACIÓN DE ENZIMA SUSTRATOSUSTRATO

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LASDE LAS REACCIONES ENZIMATICASREACCIONES ENZIMATICAS

3.Temperatura: A medida que aumenta T° 3.Temperatura: A medida que aumenta T° aumenta la velocidad de reacción, aumenta la velocidad de reacción, duplicándose por un aumento de 10°C. A duplicándose por un aumento de 10°C. A partir de 50°C la velocidad disminuye pues partir de 50°C la velocidad disminuye pues desnaturaliza la enzima.desnaturaliza la enzima.

Temperatura óptima: No es igual para todas Temperatura óptima: No es igual para todas las enzimas. Temperatura a la cual la las enzimas. Temperatura a la cual la velocidad alcanza su pico máximo.velocidad alcanza su pico máximo.

TEMPERATURATEMPERATURA

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES ENZIMATICASDE LAS REACCIONES ENZIMATICAS

pH: Por su naturaleza proteica, el pH del pH: Por su naturaleza proteica, el pH del medio afecta el estado de ionización de la medio afecta el estado de ionización de la molécula y por consiguiente su actividad.molécula y por consiguiente su actividad.

Valores extremos de pH desnaturalizan la Valores extremos de pH desnaturalizan la enzima.enzima.

pH óptimo no es igual a todas las enzimaspH óptimo no es igual a todas las enzimas Pepsina : pH 2,5 Fosfatasa alcalina pH 9,2Pepsina : pH 2,5 Fosfatasa alcalina pH 9,2 Por esto, el organismo regula el pH.Por esto, el organismo regula el pH.

pHpH

INHIBICION DEINHIBICION DE LAS ENZIMASLAS ENZIMAS Constituye un mecanismo de control de la actividad Constituye un mecanismo de control de la actividad

metabólica, disminuyendo la actividad enzimática.metabólica, disminuyendo la actividad enzimática. 1. REVERSIBLE: El Inhibidor se une a la Enzima 1. REVERSIBLE: El Inhibidor se une a la Enzima

suavemente de tal forma que se puede disociar.suavemente de tal forma que se puede disociar. 1.1. Inhibición competitiva: El inhibidor se parece 1.1. Inhibición competitiva: El inhibidor se parece

químicamente al sustrato y compite por el sitio activo de químicamente al sustrato y compite por el sitio activo de la enzima (“engaña a la enzima”)la enzima (“engaña a la enzima”)

1.2. No competitiva: No se parece químicamente al 1.2. No competitiva: No se parece químicamente al sustrato y se une a la enzima en sitio diferente al sitio sustrato y se une a la enzima en sitio diferente al sitio activo.activo.

2. IRREVERSIBLE: inhibidor se une fuertemente a la 2. IRREVERSIBLE: inhibidor se une fuertemente a la enzima, disociación muy lenta.enzima, disociación muy lenta.

Ejemplo: intoxicación por organofosforados.Ejemplo: intoxicación por organofosforados.

UTILIDADUTILIDAD 1. Como agentes diagnósticos: Enzimas 1. Como agentes diagnósticos: Enzimas

órganos específicas.órganos específicas. 2. Como agentes terapéuticos: Enzimas 2. Como agentes terapéuticos: Enzimas

digestivas, Estreptocinasa (disolver coágulos) digestivas, Estreptocinasa (disolver coágulos) estreptodornasa (elimina material fibrinoso y estreptodornasa (elimina material fibrinoso y purulentos), asparaginasa (LMC)purulentos), asparaginasa (LMC)

3. Alteraciones enzimáticas como causa de 3. Alteraciones enzimáticas como causa de enfermedad.enfermedad.